重點河道問題分析及治理方案布局

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［摘要］針對析木西大河海城河重點河道存在的危險因素,基于蜂巢格網護岸與河道底部清淤策略對重點河道進行治理。驗算析木西大河水面線,證明海城河回水不會干擾該段河道的治理。其次,新建蜂巢格網護岸,河道兩側護岸總長度為12.018km,樁號設置為19+945~20+503m；對河道底部進行清淤處理,清淤任務達558.0m,恢復原有河道底寬8.0m,清淤深度達0.5m。最后,通過護岸穩定驗算、邊坡穩定性驗算證明本次河道治理符合河道修整的安全標準,滿足了防洪泄洪需求。

［關鍵詞］河道；治理；蜂巢格網護岸；清淤；方案

析木西大河是太子河一級支流海城河支流,發源于海龍川東麓,其支流黑金河、栗子園河、岔溝河、白草洼河于李房橋與打白虎村匯入西大河,流入析木鎮。析木西大河2012年爆發洪水災害,水利工程設施大面積毀壞,水毀工程修復后其河道防洪標準沒有達到標準、抗洪能力差,高頻率洪澇災害限制居民生產與生活、制約地區經濟發展[1]。為保障人民生命財產安全、營造穩定和諧的社會經濟發展環境,對析木西大河海城河重點河道進行問題分析與治理方案布局。

1重點河道問題分析

析木西大河重點段河道存在兩個關鍵性問題：其一,基礎防洪設施薄弱。本次河道治理工程沿岸險工險段頻率高,岸坡砂礫石處于裸露狀態,防護措施不合格[2]。西大河接納三條支流洪水匯入,在大規模強降雨天氣下,河道防洪能力不達標、岸坡防沖能力差,致使附近農田沖毀、交通受阻、居民生命財產安全受到嚴重威脅。其二,河道淤積嚴重。屬山區河流類型的析木西大河存在顯著的坡面陡峻、巖石裸露、徑流系數大、匯流歷時短等特征,當洪水下瀉時常常伴有泥沙、草木和卵石等物質,因此河道河床構成以礫砂和粗砂為主；析木西大河上游匯入支流較陡,汛期泥沙量大,加深了河段內淤積程度[3]；此外,生活垃圾丟入河道造成淤堵,日積月累阻礙河道泄洪。

2治理方案布局

針對基礎防洪設施薄弱與河道淤積嚴重問題,對該流域重點河道進行防洪治理布局,一方面新建蜂巢網格護岸,提高河道抗沖刷能力；另一方面,開展透徹的河道底部清淤處理,促使水流暢通無阻,回歸析木西大河重點段的正常泄洪狀態。河道兩岸蜂巢格網護岸長度設計為12.018km,左岸右岸分別為4296m、7722m,樁號設置為19+945~20+503m；設計河道清淤任務達558.0m,目標是將恢復原有河道底寬8.0m,清淤深度達到0.5m。2.1方案實施的準備工作為確保本次治理工作可行可靠,推算析木西大河水面線,證明本方案既能解決河道防洪能力差、河道淤積問題,又使得治理段不受海城河回水影響[4]。本研究基于《防洪標準》（GB50201-2014）將防護標準設置為10年一遇。本次河道斷面采用2017年6月實測斷面,析木西大河河口至黑金河拉木房河段實測153個斷面,從中選取10座橋和36個控制斷面,推求水面線的基本參數信息如下：水面線計算的起點水位為析木西大河入海城河河口斷面處（樁號0+000）,起始水位為64.635m,逐段向上游推算；洪水計算成果設計為：10年一遇洪峰流量為Q10=741.09m3/s；依據2017年實測斷面資料與河道主槽、邊灘現狀情況,確定綜合糙率為0.035；水面線大斷面為河道控制斷面、橋孔處斷面,一般間距為400m~600m。結合《海城河河道治理規劃》計算結果可知71.0m為10年一遇洪水位值,對應的水位差值為4.508m,水位值=71.0-4.508=66.492m。該水面線推算結果顯示,樁號0+600m位置水位達66.492m,在海城河洪水位頂托干擾下回水段長度為600m。在本次工程方案中,析木西大河洪水位設計為69.918m,1+789m為起點標記樁號,可見河道治理方案回水段設計超出析木西大河較大部分,海城河回水不會干擾該段河道的治理。各斷面水面線計算結果見圖1。蜂巢網箱在工程構件嚴苛標準下制作而成,雙隔板蜂巢格網網面抗拉強度30kN/m,不僅符合規范標準,且性能更優。蜂巢格網施工需遵循以下程序：地基處理平整且夯實完畢,基于測量的地形數據放定施工邊線并標記；使用整齊石塊貼附于蜂巢格網籠邊以補齊裸露在外的定邊、側邊[5]；使用小片石料填充明顯縫隙確保蜂巢格網緊密堅實。以石料為填充主材的蜂巢格網容易形成柔性、透水的網墊結構,與河道岸坡防護工程治理的匹配度高。（2）沖刷深度計算以《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）為依據求取河道護岸工程沖刷深度,計算方法如式（3）所示：表1數據顯示,樁號0+000~0+890m河段沖刷深度上限值為0.92m,樁號1+983以上河段沖刷深度在0.8m以下。保障護岸基礎埋深符合沖刷深度標準前提下,護岸基礎埋深全部設計為1.0m,符合標準的同時方便材料采購及施工。2.2.2河槽清淤修整由于析木西大河重點段及支流黑金河段河槽內部坑洼嚴重、沙丘垃圾等雜物量大,干擾正常泄洪,對該河段實施河槽底部清淤修整。河槽清淤修整按自然比降開展,根據橫斷面圖土方計算確定重點河段河槽底部清淤工程量。在支流黑金河上游河段,對淤積嚴重的河道實施清理,其樁號標記為19+945m~20+503m,河道寬度為8.0m,平均清淤深度達0.5m,清淤長度設定為558.0m。清淤修整后的河道河槽平整順直,強降雨下河道泄洪能力大大改善。本工程河道清淤土用于河道岸坡的填筑,土質與土量均滿足需求。2.3方案驗算2.3.1護岸穩定驗算分別定義b、m、c、s表示水流動對河床底部的剪切力、岸坡剪切力、塊石臨界剪切力、岸坡臨界剪切力,依據式（6）~式（9）計算4項剪切力值以評估護岸穩定性：式中：斷面水深均值與河床坡降用d、i表示,水重度為γw；防護系數用C表示,Dm表示塊石中值粒徑,γs為泥沙容重；表示河岸與水平線的夾角。本工程護岸穩定計算結果見表2。表2數據顯示,b、不大于1.2倍的c,同時m不大于1.2倍的s,可斷定護岸至少達到0.28m厚度才符合抗沖刷標準,本工程護岸厚度為0.3m,因此本工程護岸穩定性通過驗算。2.3.2邊坡穩定性驗算采用巖土工程系列軟件求取本工程的邊坡抗滑穩定。邊坡填筑料設計指標如下[6]：邊坡土料為砂質土,天然容重為18kN/m3,飽和容重為20kN/m3,內摩擦角為25°,粘聚力為0kPa。該指標支持下各工況邊坡整體抗滑穩定計算結果見表3。

3結論

為增強析木西大河海城河重點河道防洪泄洪能力,營造穩定和諧的社會發展環境,分析了該河道目前存在的問題,利用新建蜂巢網格護岸、河道底部清淤兩種措施制定了針對性的河道治理方案。本方案存在以下優勢：（1）采用生態護岸與硬性護岸相結合策略恢復河道生態環境,不僅河道防洪能力得到提升,也兼顧了沿岸生態環境的保護,與當前低碳社會建設目標相適應。（2）本次治理中河道開挖土方大部分用于自身回填,剩余棄土用于土坑、岸坡填筑,與我國節約資源的基本國策相契合。由此可見,本方案有效治理析木西大河海城河重點河道之外,發揮了生態環保功能,為區域河流防洪建設、河道治理提供了有價值的參考。

參考文獻

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[2]蔣海紅,袁紹春,呂波,等.重慶盤溪河黑臭水體治理方法初探[J].環境工程,2019,37（8）:37-41.

[3]羅優,雷文韜,丁晶晶,等.入湖展寬河道淤積調整沿程變化分析[J].水利水電科技進展,2018,38（2）:26-32.

[4]朱熠明,葛高嶺,郭翠雙.河道水流沖刷對推移質運動形態影響試驗研究[J].水運工程,2020（S1）:10-15.

[5]張亞,余燦,楊璐瑤,等.遵義市中心城區河道底泥污染評價及底泥清淤方案[J].水電能源科學,2019,37（12）:37-40.

[6]呂毅,孫少銳,蔣波,等.南京某土石混合體邊坡穩定性評價與治理措施研究[J].甘肅科學學報,2019,31（5）:93-101.

作者：劉明 單位：皓筠工程設計有限公司